Человек и улитка симметричны одинаково

До сих пор ученые считали, что зеркальная симметрия, которая есть у всех животных, строится у позвоночных и беспозвоночных по-разному. И уж точно биологи не предполагали, что истоки симметрии одинаковы и у людей, и у мышей, и у улиток.

Правда, несмотря на то что человек внешне выглядит симметричным, это не так. Сердца большинства людей сдвинуты влево. Соответственно, и левое легкое немного меньше размером, чтобы оставить место для сердца. Кишечник же вообще лишен симметрии.

Такая асимметрия не связана с лево- или праворукостью -- доминированием одного из полушарий. Иногда рождаются люди, у которых органы перевернуты относительно оси симметрии, тем не менее их асимметричное расположение сохраняется. Только зеркальное.

У всех позвоночных животных дела с симметрией обстоят точно так же.

Ген асимметрии

Ученые из Калифорнийского университета в Беркли (University of California, Berkeley) обнаружили так называемый ген белка Nodal, присутствующий у всех позвоночных, которых им удалось проверить. Этот ген активируется в клетках левой стороны тела и необходим для настройки симметрии между левой и правой сторонами во время роста организма. Как выяснилось, если этот ген отключить или уничтожить, внутренние органы смешиваются и организм гибнет.

Как говорят ученые, у эмбрионов позвоночных целый ряд генов сообщает телу, что сердце надо располагать слева. Ген белка Nodal -- один из них.

По словам исследователей, в организме много «асимметричных» молекул, которые сохраняют активность только на одной стороне тела. Однако ген белка Nodal всегда активируется только в левой половине тела позвоночных животных. Гены, похожие на этот, исследователи нашли у всех представителей дейтеростом. Эти вторичноротые организмы относятся к одним из самых древних представителей двусторонне-симметричных животных. Они же впоследствии стали прародителями всех хордовых. Зато не нашлось асимметричности экспресии Nodal у двух главных представителей двусторонне-симметричных животных -- Ecdycozoa (к которым относятся самые распространенные лабораторные животные -- нематоды и мушки-дрозофилы) и Lophotrohozoa.

Судя по всему, эти животные, в том числе и улитки, используют другой генетический механизм для определения правой и левой сторон тела.

Ученые из Беркли решили начать поиски гена с улиток, поскольку у этих животных есть очевидная и легкая в проверке ориентация симметрии. Их раковина закручивается, как стандартный винт, направо или, как в случае с обратной резьбой, налево. Как говорят ученые, ориентация улитки становится очевидной еще на стадии эмбриона. Когда зародыш из четырех клеток делится, чтобы стать восьмиклеточным, клетки выстраиваются в спираль по часовой стрелке, и тогда полноценная улитка формирует правозавитую раковину. Если клетки становятся против часовой стрелки, то получается левозавитая раковина.

Биологи довольно давно определили, что направление завитка раковины определяется материнским организмом улитки.

Исследователи выбрали для слежения лотию гигантскую (Lottia gigantea) -- крупного брюхоногого моллюска, у которого раковина и тело имеют правостороннюю асимметрию и, что немаловажно, давно расшифрован геном. Выяснилось, что у этого организма есть ген белка Nodal. Однако вместе с ним активизируется еще один ген -- Pitx, участвующий в настройке асимметрии, но направо. Подобные гены биологи нашли и у других улиток. У животных оба обнаруженных гена активизировались на правой стороне и отвечали за правостороннюю симметрию.

Однако найти подходящие гены ученым показалось недостаточным. При помощи специальных веществ они выключили действие гена белка Nodal. Большинство улиток погибло. Но некоторые из них потеряли асимметричное действие Pitx и вырастили прямую раковину -- совсем без асимметрии.

Кроме того, аналоги гена белка Nodal ученые нашли и у других морских организмов -- червей Capitella, самого распространенного вида первичноротых, которые появились задолго до дейтеростом. То есть, считают ученые, симметрию изобрели не дейтеростомы, а некий общий предок их и других симметричных животных.

Улитка передает потомству правый завиток раковины, поддерживаемый генами белков Nodal и Pitx, которые выражены на правой стороне тела. Те же гены обнаруживаются и у морских ежей, ранних представителей дейтеростом и очень отдаленных, но предков человека. Поэтому авторы исследования предполагают, что у общего предка двусторонне-симметричных животных наблюдалась лево-правая асимметрия, которая управлялась генами белков Nodal и Pitx, выраженными на правой стороне.

Правда, пока калифорнийские ученые предполагают использовать полученные в ходе исследования данные лишь для того, чтобы понять, какие факторы влияют на поломку генов и образование у улиток неправильных раковин. Однако, говорят авторы работы, там уж и до человека недалеко.

Данные исследования опубликованы в Nature.